中外物理学精品书系·引进系列（7）·甚高能宇宙伽马辐射：研究极端宇宙的关键窗口（影印版） [Very High Energy Cosmic Gamma Radiation:A Crucial Window on the Extreme Universe] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[德] 阿哈隆尼安（F.A.Aharonian） 著

图书标签:

• 物理学
• 天体物理学
• 高能物理
• 伽马射线天文学
• 宇宙射线
• 极端宇宙
• 天文学
• 科学
• 学术
• 研究

出版社： 北京大学出版社

ISBN：9787301215531

版次：1

商品编码：11163540

包装：平装

外文名称：Very High Energy Cosmic Gamma Radiation:A Crucial Window on the Extreme Universe

开本：16开

出版时间：2012-12-01

用纸：胶版纸

内容简介

　　《中外物理学精品书系·引进系列（7）·甚高能宇宙伽马辐射：研究极端宇宙的关键窗口（影印版）》综述了宇宙伽马辐射这一现象的实验观测结果、起源的解释和蕴含的信息。其中主要探讨了宇宙射线的产生，相对论性射束的物理和天体物理，以及观测伽马射线宇宙学等研究方向。具体包括银河系内和银河系外的宇宙射线的起源、极端天体物理条件（比如正在吸积的黑洞附近）下的加速和辐射过程、伽马射线暴等瞬态现象，以及与之相关的宇宙学课题等。《中外物理学精品书系·引进系列（7）·甚高能宇宙伽马辐射：研究极端宇宙的关键窗口（影印版）》适合天文学、宇宙学、粒子物理等领域的研究者和研究生阅读。

内页插图

目录

Preface
1 Introduction
1.1 "The Last Electromagnetic Window"
1.2 Energy Domains of Gamma Ray Astronomy
1.3 Gamma Ray Astronomy： A Discipline in Its Own Right

2 Status of the Field
2.1 Low Energy Gamma Ray Sources
2.1.1 The COMPTEL source catalog
2.2 High Energy Gamma Ray Sources
2.2.1 GeV blazars
2.2.2 GeV pulsars
2.2.3 Unidentified EGRET sources
2.3 The Status of Ground-Based Gamma Ray Astronomy
2.3.1 Brief historical review
2.3.2 Reported TeV sources
2.3.2.1 The Crab Nebula
2.3.2.2 Other plerions
2.3.2.3 Gamma ray pulsars
2.3.2.4 Gamma rays from supernova remnants
2.3.2.5 Other galactic sources
2.3.2.6 TeV blazars
2.3.2.7 Other extragalactic objects
2.3.3 Next generation of I ACT arrays
2.3.3.1 Atmospheric Cherenkov radiation
2.3.3.2 Stereoscopic detection of Cherenkov images
2.3.3.3 IACT arrays
2.3.3.4 Sub-10 GeV ground based detectors?
2.3.3.5 Large field-of-view detectors
2.3.3.6 IACT arrays for probing PeV y-rays

3.Gamma Ray Production and Absorption Mechanisms
3.1 Interactions with Matter
3.1.1 Electron bremsstrahlung and pair-production
3.1.2 Electron-positron annihilation
3.1.3 Gamma rays produced by relativistic protons
3.1.3.1 7rO-decay gamma rays
3.1.3.2 Nuclear gamma ray line emission
3.2 Interactions with Photon Fields
3.2.1 Inverse Compton scattering
3.2.2 Photon-photon pair production
3.2.3 Interactions of hadrons with radiation fields
3.3 Interactions with Magnetic Fields
3.3.1 Synchrotron radiation and pair-production
3.3.2 Synchrotron radiation of protons Relativistic Electron-Photon Cascades

4.Gamma Rays and Origin of Galactic Cosmic Rays
4.1 0rigin of Galactic Cosmic Rays： General Remarks
4.1.1 What do we know about Cosmic Rays?
4.1.2 What we do not know about Cosmic Rays?
4.1.3 Common beliefs and "nasty" problems
4.1.4 Searching for sites of production of GCR,s
4.2 Giant Molecular Clouds as Tracers of Cosmic Ray
4.2.1 Proton fluxes in the ISM near the accelerator
4.2.1.1 Impulsive source
4.2.1.2 Continuous source
4.2.1.3 The case of dense gas regions
4.2.2 Gamma rays from a cloud near the accelerator
4.2.3 Accelerator inside the cloud
……
5.Gamma Ray Visibility of Supernova Remnants
6.PuLsars, Pulsar Winds, Plerions
7.Gamma Rays Expected from Microquasars
8.Large Scale Jets of Radio Galaxies and Quasars
9.Nonthermal Phenomena in Clusters of Galaxies
10.TeV Blazars and Cosmic Background Radiation
11.High Energy Gamma Rays - Carriers of Unique Cosmological Information
Appendix A Spherically symmetric diffusion from a single source
Appendix B Evolution of relativistic electrons in an expanding magnetised medium
Bibliography
Index

前言/序言

中外物理学精品书系·引进系列（7）·甚高能宇宙伽马辐射：研究极端宇宙的关键窗口（影印版） 作者： [此处应为原书作者信息，如缺乏则留空或注明“编委会”等] 译者/整理者： [此处应为原书译者或整理者信息] 出版时间： [此处应为原书出版时间] 出版社： [此处应为原书出版社信息] ISBN： [此处应为原书ISBN] --- 图书简介 本书系“中外物理学精品书系·引进系列”中的第七部，聚焦于当代天体物理学与高能粒子物理学交叉领域的前沿课题——甚高能宇宙伽马辐射（Very High Energy Cosmic Gamma Radiation, VHE CRs）的研究。作为研究宇宙极端现象的“关键窗口”，伽马射线天文学已成为揭示宇宙能量最密集、最剧烈过程的决定性工具。 本书以影印版的形式，系统梳理了国际上关于VHE伽马射线探测、理论建模以及其在宇宙学和高能天体物理中应用的最新进展与经典理论框架。它不仅是对该领域前沿研究成果的一次权威汇编，更是为致力于探索宇宙极限物理过程的研究人员和高年级学生提供的一份详尽参考指南。 第一部分：伽马射线天文学的基础与观测前沿 本书伊始，首先确立了甚高能伽马辐射在整个电磁波谱中的特殊地位。不同于射电、红外或X射线波段，VHE伽马射线（能量范围通常定义在100 GeV到100 TeV以上）的产生机制要求极其高能的加速场和极端物理环境，其信息几乎不受星际或星系际介质的干扰而直接指向源头。 1. 探测技术与实验进展： 详细介绍了地面切伦科夫望远镜阵列（如H.E.S.S., MAGIC, CTA的前身理论）的工作原理及其在角分辨、能量测量上的关键技术突破。重点阐述了如何通过探测大气荧光或切伦科夫光信号来重建入射伽马射线的能量和方向，以及当前全球主要实验的性能指标和数据处理流程。 2. 理论背景： 深入探讨了VHE伽马射线的产生物理机制。这包括： 逆康普顿散射（Inverse Compton Scattering, IC）： 电子加速到极高能量后与背景光子（如星光、宇宙微波背景）相互作用产生伽马射线的过程。 中性介子衰变（Neutral Pion Decay）： 宇宙线与周围气体或物质发生强子相互作用后，产生的中性介子衰变产生高能伽马射线，这是研究宇宙线加速源的直接证据。 其他非热辐射过程： 涉及磁场重联、脉冲星风星云（PWN）的复杂结构等。 第二部分：极端宇宙源的剖析 本书的核心内容围绕着VHE伽马射线的几个主要天体物理源展开，这些源代表了宇宙中能量耗散最剧烈的区域： 1. 活动星系核（Active Galactic Nuclei, AGN）与喷流： AGN是宇宙中最明亮、最强大的持续辐射体。VHE伽马射线主要来源于其相对论性喷流的内部。书中详细分析了伽马射线暴（GRBs）和类星体（Quasars）的伽马射线特征。重点讨论了多波长观测如何共同约束喷流模型，包括BLR（亮线区）、SSC（自逆康普顿）模型和外部逆康普顿（EC）模型之间的竞争与互补。对于超大质量黑洞周围的吸积盘和物质环的辐射特性，也有深入的探讨。 2. 超新星遗迹（Supernova Remnants, SNRs）： SNRs被认为是银河系内宇宙线的主要加速器。VHE伽马射线是检验费米加速机制是否能将质子或原子核加速到10$^{15}$ eV以上的关键证据。书中分析了壳层和核壳型SNRs的伽马射线谱线特征，以及如何通过区分伽马射线是来自π⁰衰变（质子加速）还是电子加速（IC过程），来精确量化银河系内高能粒子源的贡献。 3. 脉冲星风星云（Pulsar Wind Nebulae, PWNe）： 脉冲星强大的磁场和快速自转产生的能量流（风）注入到周围的弥散物质中形成PWNe。蟹状星云（The Crab Nebula）作为典型的VHE源，其辐射谱和时间特性被用作研究高能电子能量谱的基准。本书也涵盖了对非蟹状星云型PWNe（如 Vela）的特殊辐射机制分析。 4. 银河系背景与弥散源： 研究不仅关注点源，也重视银河系弥散背景的伽马射线。这包括银河系平面中大量未被分辨的低亮度源，以及银河系内宇宙线与星际介质相互作用产生的弥散背景辐射，这为重建银河系宇宙线分布提供了基础数据。 第三部分：宇宙学应用与未来展望 VHE伽马射线不仅是天体物理的探针，也是宇宙学和基础物理学的有力工具： 1. 暗物质搜寻： 尽管尚未直接探测到，但一些理论预测在低光度、高能谱段的伽马射线源（如矮星系或银河系中心）可能存在暗物质湮灭或衰变的信号。本书介绍了如何利用VHE数据对某些暗物质候选模型进行限制。 2. 极早期宇宙的探究： 极高能伽马射线（TeV以上）在穿越宇宙空间时，可能会与低能光子背景（如星光背景、星系际背景）发生对作用，产生电子-正电子对，导致伽马射线显著吸收。这种吸收效应的程度直接依赖于源头与地球之间的光子密度分布，从而可以用于： 约束早期宇宙的星光辐射场模型（如第一代恒星的贡献）。 检验洛伦兹不变性（Lorentz Invariance Violation, LIV）等超出标准模型的新物理效应。 3. 宇宙线起源的最终谜团： VHE伽马射线研究的终极目标之一是明确宇宙线（主要是质子和原子核）在银河系外还是在银河系内被加速到最高能量。本书提供了最新的证据链，探讨了如何利用伽马射线源的分布特征来区分这些可能性。 总结 本书影印版汇聚了特定历史时期内，国际上关于甚高能伽马射线研究的精髓。它要求读者具备扎实的电动力学、粒子物理和天体物理基础知识。对于希望深入理解黑洞、中子星、超新星爆发以及宇宙线加速机制的科研人员和研究生而言，本书提供了不可替代的理论深度和实验背景介绍，是理解当前伽马射线天文发展轨迹的重要文献。它清晰地展示了VHE伽马射线如何成为我们窥探宇宙中最不稳定、最狂暴的物理现象的一扇关键之窗。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我感觉自己的宇宙观得到了极大的拓展。之前我对宇宙的了解大多停留在可见光和射电波段，而这本书则将我的视野引向了一个全新的、更加“暴力”的宇宙。甚高能伽马辐射，这个概念本身就充满了震撼力。书中对产生这些辐射的宇宙极端事件的描述，比如活动星系核中的喷流、脉冲星的磁层以及超新星遗迹，都让我惊叹于宇宙的能量尺度。特别是关于活动星系核的部分，我了解到它们是宇宙中最明亮的物体之一，而其强大的伽马射线喷流更是能横跨数百万光年，这简直是难以想象的。我对书中关于如何探测和分析这些伽马辐射的介绍也印象深刻，了解科学家们如何克服技术上的重重困难，将那些来自遥远宇宙深处的信息捕捉下来，并从中解读出关于宇宙演化、暗物质甚至宇宙起源的线索。这本书让我明白，虽然我们生活在一个相对平静的地球上，但宇宙深处却时刻上演着惊心动魄的“大戏”，而甚高能伽马辐射正是我们理解这些“大戏”的绝佳窗口。

评分☆☆☆☆☆

这本书带给我的最大启发，在于它让我重新审视了“极端”这个词的含义。我们通常认为“极端”意味着遥远、罕见，但这本书却告诉我们，极端恰恰是宇宙中常态的一部分，而且是理解宇宙运行规律的关键。那些发生着甚高能伽马辐射的宇宙区域，正是宇宙中最活跃、最剧烈的地方，也是物理定律可能在最严苛条件下得以检验的实验室。书中对于高能粒子物理和天体物理的交叉融合的论述，让我看到了不同科学领域之间的紧密联系，也认识到要理解宇宙，就需要多学科的知识背景。我尤其对书中提到的“宇宙高能粒子风暴”这一概念感到着迷，它似乎描绘了一个充满动态和能量的宇宙景象。这本书让我意识到，人类对宇宙的探索永无止境，每一次新的观测手段的出现，都可能为我们揭示更多未知的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

这本书的引进版质量相当不错，虽然是影印版，但纸张的质感和印刷的清晰度都让我感到惊喜。打开书页，扑面而来的学术气息让我对它充满敬意。书中对于甚高能伽马辐射的物理机制的阐述，虽然涉及一些复杂的理论和计算，但作者的讲解方式循序渐进，并且穿插了大量的图表和示意图，使得一些抽象的概念变得更加直观易懂。我特别喜欢其中关于“加速机制”的讨论，了解究竟是什么样的物理过程能够将粒子加速到如此高的能量，这让我对宇宙中的基本粒子和相互作用有了更深的认识。书中对不同天体源发出的伽马辐射特征的分析也非常细致，比如如何通过辐射的能谱、流量变化以及空间分布来区分不同的天体物理过程。这让我体会到，科学研究并非凭空想象，而是建立在严谨的观测数据和精密的理论模型之上。这本书不仅仅是关于伽马辐射本身，更是一次关于科学研究方法的深度体验。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对宇宙学一直抱有浓厚兴趣的读者，这本书的出现无疑是一场及时的“及时雨”。一直以来，我都对那些能够解答宇宙终极问题的领域心向往之，而甚高能伽马辐射，恰恰是连接我们与最遥远、最古老宇宙信息的重要桥梁。这本书深入浅出地阐述了伽马射线的产生机制、探测方法以及它们在研究宇宙学问题（例如暗物质、宇宙演化等）中的关键作用，这让我对天体物理学的最新进展有了更清晰的认识。我特别欣赏书中对不同探测器（如切伦科夫望远镜阵列）及其原理的介绍，这让我了解到人类为了“看见”这些不可见的信号所付出的巨大努力和技术突破。这本书不仅是一次知识的传递，更是一次精神的洗礼，它激励着我继续保持对科学的好奇心，不断拓展认知的边界，去探索那无垠的宇宙。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计实在是太吸引人了！深邃的宇宙背景，点缀着闪耀的星云和遥远的星系，仿佛在低语着宇宙的奥秘。而那一道道划破黑暗的伽马射线，更是充满了神秘与力量感，让人忍不住想要探究它们究竟来自何方，又承载着怎样的信息。我对于“甚高能”这个词尤其好奇，它暗示着这些射线拥有难以置信的能量，这背后隐藏着怎样的宇宙现象？是黑洞的吞噬，还是超新星的爆发？书名中的“极端宇宙”也极大地激发了我的求知欲，我一直对那些挑战我们认知极限的宇宙现象充满了兴趣，比如那些拥有超强引力的致密天体，或是宇宙中最古老、最遥远的恒星。这本书的副标题“研究极端宇宙的关键窗口”更是点睛之笔，它让我意识到，这不仅仅是一本科普读物，更是一扇通往理解宇宙本质的门。我非常期待在这本书中找到答案，了解科学家们是如何通过观察这些微弱却强大的伽马射线，来窥探宇宙中最令人惊叹的角落。这本书的书名本身就像一个引人入胜的序曲，让我迫不及待地想要翻开它，开始我的宇宙探索之旅。

评分☆☆☆☆☆

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目前，在银河系和河外星系中有几个TeVγ射线源。HESS的重要成就之一就是发现了年轻超新星遗迹的壳层结构，尤其是RXJ1713.7-3946，它在早先的CANGROO的观测中是一个TeVγ射线源。这一结果支持了早期的理论预言，银河系宇宙线必定和超新星遗迹有联系，也就是说宇宙线是被由超新星爆发抛出的壳层物质所加速的。

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[图片说明]：HESS。HESS是一个位于纳米比亚由4架直径13米的切伦科夫望远镜组成的立体阵列。

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γ射线天文学囊括了现代天体物理学和粒子天体物理学的几个方面，包括（1）极端环境下的加速和辐射过程，尤其是在相对论性喷流里和在形成于黑洞以及脉冲星边缘的星风中；（2）银河系和河外星系宇宙线的起源；（3）诸如γ射线暴等非热暂现现象的本质；（4）宇宙学，尤其是探测携带了第一代星系和恒星形成历史信息的河外星系背景辐射；（5）基本物理学，包括间接搜寻暗物质和由原初黑洞所发出的信号。

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评分☆☆☆☆☆

20世纪80年代后期位于美国亚利桑那州霍普金斯山的惠普尔10米望远镜使用IACT技术探测到了第一个可靠的、来自蟹状星云的甚高能γ射线信号。在随后的15年里，探测的主力军是位于法国西密斯的切伦科夫阵（CAT）、位于澳大利亚奥特班克的澳大利亚、日本联合γ射线天文台（CANGAROO）、德国的高能γ射线天文学实验（HEGRA）、惠普尔望远镜以及其他一些小组。然而，他们当时只探测到大约10个甚高能γ射线源。因此，尽管有一些引人注目的结果，尤其是在耀变体中发现了γ射线，但是这些努力并没有取得巨大的突破，急需更灵敏的探测器。

评分☆☆☆☆☆

目前，在银河系和河外星系中有几个TeVγ射线源。HESS的重要成就之一就是发现了年轻超新星遗迹的壳层结构，尤其是RXJ1713.7-3946，它在早先的CANGROO的观测中是一个TeVγ射线源。这一结果支持了早期的理论预言，银河系宇宙线必定和超新星遗迹有联系，也就是说宇宙线是被由超新星爆发抛出的壳层物质所加速的。

评分☆☆☆☆☆

印刷很好 我看啦挺多的 内容丰富

评分☆☆☆☆☆

在过去的几年中，随着探测到许多不同的银河系内和银河系外的甚高能γ射线源——超新星遗迹、脉冲星风星云、巨分子云、恒星形成区、致密双星系统和活动星系核，甚高能γ射线天文学已经真正意义上成为了一门观测学科。下一代可探测能量范围在1010-1015电子伏特的立体成像大气切伦科夫望远镜阵列将会大大增加观测到的甚高能γ射线源的数目，进而大幅度地推动天体物理、宇宙学和粒子天体物理的发展。